火成巖干擾對地震資料信噪比影響的研究

孫雨軒　孫晉玉

摘 要：該研究綜合運用復雜地表、近地表分析技術，火成巖屏蔽分析技術等，以高郵凹陷GD地區三維地震采集項目為依托，分析了地表、近地表條件對地震資料信噪比的影響，找出了近地表火成巖干擾是該區地震資料信噪比低的主要原因，進而開展了針對性研究，形成提高地震信噪比技術思路與對策，實現明顯改善低信噪比地區地震資料品質的目的。

關鍵詞：高郵凹陷；地震資料信噪比；火成巖干擾；大基距組合

1 概述

地震資料信噪比低是地震勘探急需解決的問題。一般來說，造成地震資料信噪比低的原因主要有兩個方面：即復雜地表和近地表條件。復雜地表、近地表主要有：崎嶇沙漠地表、崎嶇黃土塬地表、崎嶇盆地邊緣和山前地帶、火山灰和孔洞碳酸鹽巖地表、復雜近地表低速帶、近地表火成巖高速層屏蔽、密集村鎮和淺灘水網地表等。不同類型的復雜地表、近地表對地震激發接收、資料信噪比，地震噪音類型等影響是不同的，因而對地震采集和處理技術要求也不同。高郵凹陷是蘇北盆地勘探程度較高的含油氣凹陷，近年的勘探對象逐漸向低信噪比地震資料區及深凹帶巖性圈閉發展。文章依托GD地區三維地震采集項目，對低信噪比地震資料形成的原因進行了解剖析和對策研究。

2 高郵凹陷GD地區地質概況

高郵凹陷GD三維工區位于構造高帶，應力作用強，斷層發育，構造破碎，地下地質結構比較復雜。火成巖發育分布較廣，產生的多次波能量強，對有效反射產生的強干擾，影響了復雜斷塊構造的成像。特別是層間多次波的速度，接近一次波的速度，對反射波的干擾影響特別大，最終導致地震資料信噪比比較低。

3 GD地區低信噪比地震資料分析

3.1 近地表火成巖發育影響了地震資料的信噪比

高郵凹陷勘探至今，三維地震覆蓋了大部分地區，并完成了連片處理。工區內局部有地表和近地表火成巖的分布，造成近地表巖性變化劇烈，單炮激發能量的不一致性；同時由于近地表存在著高速層，不僅產生嚴重的多次折射，干擾波能量強，還具有強的吸收屏蔽作用，使中深層目的層反射信號弱，單炮質量差嚴重影響了地震資料的品質。工區內4口井鉆遇火成巖，其中三口井都在100m左右鉆遇火成巖，另一口井60m左右鉆遇火成巖；另外從老地震資料的單炮記錄上的高速折射波也可以發現地表、近地表火成巖的發育情況；從地震剖面上看，淺地表火成巖發育區的資料信噪比與周邊資料存在明顯的分界線，并且由于近地表火成巖的干擾，使得地震剖面淺層反射雜亂，影響了下部地層的地震反射成像。

3.2 近地表火成巖對地震資料影響程度分析

研究地震波在火成巖下的傳播特征、分析火成巖對地震波場的影響是火成巖發育區采集方法研究的基礎。首先通過分析透射能量來研究高速地層對地震波的屏蔽作用。其次研究火成巖發育區地震散射波產生的原理：火成巖與下覆地層之間的接觸面為一強反射界面，從深層來的反射波遇到該界面后會產生散射，使得部分從深層來的反射波又返回到深層，減少了地面接收到的有效地震波能量，造成了下覆反射資料信噪比降低（圖1）。

在近地表火成巖發育區，火成巖對下部地層的地震成像影響嚴重。在地震激發過程中，近地表火成巖不但是一個能量屏蔽層，而且還對地震信號產生畸變干擾和大量散射，導致下傳能量減弱及地震波波場復雜，造成地震反射能量弱、地震資料信噪比低，難以有效地進行圈閉識別和構造解釋，嚴重地影響了火成巖發育區的油氣勘探。

以上研究表明，火成巖發育區，往往是地震資料低信噪比區。例如，在江蘇探區金湖凹陷的BT地區、高郵凹陷的DY、CA地區以及XW探區發育有淺、中層多套火成巖，造成了地震資料的“低分辨率、低信噪比和低連續性”特點，嚴重制約了這些地區油氣勘探發現進程。

4 近地表火成巖地震采集研究

4.1 近地表火成巖分布調查研究

4.1.1 采用瞬變電磁法。瞬變電磁法就是利用線圈或電極觀測斷電后的渦流場（稱為“二次場”）的時間特性，以研究地下的電性結構情況，達到地質勘探的目的。它具有探測深度大、位置分辨率高；測深分辨率高、不受接地電阻影響等優點，特別適合高阻覆蓋地區進行探測，研究淺層至中深度的地電結構。在全工區利用小折射和微測井進行近地表結構普查的基礎上，在近地表火成巖發育區根據瞬變電磁法的調查結果，在微測井可探測深度內進行微測井加密，確定近地表火成巖（微測井可探測深度內）的厚度、深度。對瞬變電磁法勘測深度數據進行了一維反演，反演結果可以看出瞬變電磁法的勘測深度可以達到300m，反演結果沒發現高阻地層。瞬變電磁法試驗結論是：勘探深度可以滿足我們要求的300m，但是由于火成巖屬于高阻巖層，而瞬變電磁法勘探對高阻反映不如低阻的敏感，高阻分辨率較低，因此難以滿足調查火成巖分布范圍和埋深的要求。

4.1.2 采用微測井調查法。基于瞬變電磁法試驗結論，調整了火成巖調查方法，采用以微測井調查方法為主，輔以工區內鉆井、測井資料以及老資料的單炮折射位置和時間來確定工區火成巖分布和埋深。在近地表火成巖發育區，布設較密測網（0.5km×0.5km）進行微測井調查。分析近地表火成巖（近地表結構）調查資料，本區低降速帶較為穩定，基本在5m左右進入高速層，高速層速度2000～3000m/s之間；主要巖性膠泥（0～25m左右）、蝕變泥巖（20～50m之間），局部發育近地表火成巖，埋深在20～50m之間。火成巖經地質研究切片鑒定為輝綠巖、玄武巖；蝕變泥巖含礫泥巖和泥質砂礫巖，激發巖性較差。最后根據微測井調查結果，勾畫出50m深度以內的近地表火成巖發育區域，為下步試驗奠定了基礎。

4.2 火成巖發育區激發技術研究

4.2.1 大基距組合激發技術。組合井激發由于其能通過一定的組合面壓制干擾，提高資料信噪比，已經得到了普遍認可。平面波理論認為，入射波能量分別分配在反射界面產生的反射縱波、橫波及透射縱波和橫波上。反射縱波系數和透射縱波系數是由界面上下介質的速度、密度以及入射波的入射角決定的，界面上下介質的阻抗差越大，反射縱波系數就越大，而透射縱波系數就越小，火成巖與圍巖阻抗差較大，因此造成透射波能量弱。而大基距組合井激發時，其波陣面接近平面波前，此時入射角較小，接近于垂直入射，而垂直入射透射能量最強，因此大基距組合井能夠激發出能量較強的地震波。

4.2.2 火成巖發育區的激發試驗。根據大基距組合激發技術理論和火成巖模擬模型激發結論，在近地表火成巖調查的基礎上，開展針對火成巖的激發試驗；對工區內的主要激發巖性進行試驗，指導野外井深（圖2）。

4.2.3 激發試驗資料分析。試驗點一，激發巖性是膠泥，近地表火成巖不發育。從單炮對比、固定增益顯示以及單炮分頻掃描對比來看，膠泥激發能量好，8kg藥量激發的資料比6kg激發的資料稍好，井深的變化對資料基本沒有影響。試驗點二，主要是進行膠泥、蝕變泥巖的激發巖性對比。從單炮對比、固定增益顯示以及單炮分頻掃描對比來看，膠泥激發能量比在蝕變泥巖中激發能量好，井深的變化對資料基本沒有影響。試驗點三，主要是在近地表火成巖發育區，進行火成巖上、中、下的激發試驗和大基距組合井試驗。

4.2.4 火成巖上、巖中、巖下激發試驗資料分析。首先，分析火成巖下激發的資料，從單炮對比、單炮分頻掃描對比來看火成巖巖下激發資料激發能量較巖中激發強，但仍不理想，目的層反射不清楚、連續；其次，分析巖中激發的資料，隨著藥量的增加能量逐漸加強，但火成巖中激發的資料整體較差，基本看不到反射；第三，分析巖上激發的資料，巖上激發巖性是膠泥，因此激發效果較好，能夠見到反射但不太清楚。對比巖上激發、巖中激發和巖下激發的單炮，發現巖上激發的效果相對較好，反射較為清楚；頻譜分析，火成巖上、巖中、巖下激發頻寬基本相當，巖中、巖下激發振幅值較低，巖上激發低頻振幅值較高；說明巖上激發低頻能量強，有利于激發能量穿透火成巖，傳遞到火成巖下；從單井能量分析來看，巖下激發能量強于巖中激發，但弱于巖上激發（圖3）。

因此，對于近地表火成巖發育區，能打穿火成巖越深越好，當存在多套火成巖無法打穿時，優選激發巖性尤為重要。

4.2.5 大基距組合井激發試驗資料分析。對比火成巖巖上激發單井和大基距組合井激發的單炮，可以發現，大基距組合井激發效果好；其中9井組合的激發效果最好，地震反射較為清晰連續，在3井、5井組合的單炮上也能見到較為清楚的地震反射，但5井組合效果比3井組合好。前面大基距組合激發的理論已經闡明較多的組合井數或較大的組合可以得到能量更加聚焦的波束，大基距組合激發試驗結論與此相符。火成巖區采用了大基距組合9井激發。我們把大基距9井組合激發的單炮和同點的新老單井生產炮資料進行了對比，可以看出大基距組合激發的單炮能量強，信噪比高，主要目的層段（1000～1600m/s）反射清楚；頻譜分析：大基距組合井單炮振幅強，尤其是低頻振幅強，有利于穿透火成巖。因此激發試驗點結論如下：激發巖性膠泥效果最好；火成巖下（火成巖下5m）激發能量強，火成巖中及火成巖附近（火成巖下3m）激發能量較弱；當存在多套火成巖無法打穿時，優選激發巖性尤為重要；大基距組合井穿越火成巖能量強，效果最好。因此選擇在近地表火成巖發育區采用大基距9井組合，同時優選巖性膠泥激發。

5 地震采集研究結果分析

5.1 單炮資料分析

單炮品質分析，新采集資料單炮品質較老資料有較大的提高。新采集的單炮目的層反射比老資料清楚，連續性好；特別是在近地表火成巖發育區，老資料單炮基本看不到地震反射，新采集的單炮能夠見到目的層反射，并且主頻和頻寬都比老單炮高。另外，新采集的單炮背景較干凈，干擾少。從單炮信噪比分析來看，由于大基距組合井的運用，近地表火成巖發育區的單炮能量較強，單炮振幅值在2.2以上，其余單炮振幅值也在1.0以上；近地表火成巖發育區的單炮信噪比在1.1左右，近地表火成巖發育區外的單炮信噪比達到1.3左右（圖4）。

5.2 剖面分析

對疊加剖面進行信噪比分析，近地表火成巖發育區資料信噪比基本在1.1以上，近地表火成巖發育區外的資料信噪比達到了1.4以上。從新老剖面對比來看，主要目的層的有效反射信息更加豐富，斷層、 斷點也更加清晰，信噪比整體提高；構造格局清楚，淺中深地震反射信噪比較高，目的層反射連續性好；主要表現為：主要目的層T30、T33反射波組特征得到加強，上下斷裂系統結構更加清楚，斷面特征得到改進（圖5）。特別在近地表火成巖發育區的地震資料信噪比比老資料有較大的提高，目的層反射較為清晰、連續，資料品質改善很大；說明本研究取得了較好的地質效果。

6 結束語

江蘇高郵凹陷GD地區是比較典型的地震資料低信噪比地區。通過對該地區低信噪比地震資料形成的原因分析及對策研究，對提高該地區的地震資料信噪比有以下幾點認識：通過對低信噪比地區的鉆井、測井和地震資料的分析研究，分析低信噪比地震資料形成的原因，開展針對性的采集技術研究。以加密微測井為核心，結合鉆井、測井資料以及老資料的單炮折射進行近地表火成巖的分布調查，是目前比較簡便又有效的手段；通過大基距組合激發來提高激發能量，穿透火成巖的能力取得了較好效果，為后續資料處理提供了更豐富原始資料。

參考文獻

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作者簡介：孫雨軒，男，碩士研究生，主要從事石油地質開發與勘探的研究。